量子计算再升级!“九章二号”“祖冲之二号”问世

许琦敏

10月26日，中科院量子信息与量子科技创新研究院对外公布，我国首台实现“量子计算优越性”的光量子计算原型机“九章号”、超导量子计算原型机“祖冲之号”的升级版“九章二号”“祖冲之二号”双双问世，这使我国成为目前世界上唯一在超导量子和光量子两种系统都达到“量子计算优越性”里程碑的國家。

“九章二号”刷新国际光量子操纵技术水平

继2020年12月“九章号”问世以来，中国科学技术大学中科院量子信息与量子科技创新研究院潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等组成的研究团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，又进行了一系列概念和技术创新。

“我们在激光‘受激发辐射放大’概念的启发下，对量子光源进行了改进，使光子的产率较之前提升了三倍，光源关键指标也从63%提升到92%。”陆朝阳介绍，这对于“九章二号”的性能提升起到了关键作用。

与此同时，通过三维集成和收集光路的紧凑设计， “九章二号”的多光子量子干涉线路从之前的100维度增加到了144维度。由此，“九章二号”探测到的光子数增加到了113个，输出态空间维度达到了1043。

更值得一提的是，“九章二号”还实现了相位可编程功能。陆朝阳解释，此处的“可编程”并非传统计算机的编程，“我们可以动态调节压缩光的相位，实现对高斯玻色取样矩阵的重新配置”。

因此，“九章二号”可用于求解不同参数数学问题。根据目前已正式发表的最优化经典算法，“九章二号”在高斯玻色取样这个问题上的处理速度比最快的超级计算机快亿亿亿倍。也就是说，全球“最快超算”需30万亿年可算出的问题，“九章二号”只需1毫秒即可解决。

目前，在国际光量子计算领域，世界排名第二的加拿大量子科技公司仙乐都实现的光量子操纵数目仅为18个。中国科学家的成果再次刷新了国际上光量子操纵的技术水平。

“祖冲之二号”首次达到“量子计算优越性”里程碑

与“九章二号”相比，“祖冲之二号”的问世显得更加激动人心——这是我国首次在超导量子计算领域超越谷歌，并达到“量子计算优越性”里程碑。

今年5月刚刚发布的“祖冲之号”，不到半年又有了升级版。“‘祖冲之二号’的处理器芯片采用全新的倒装焊3D封装工艺，解决了大规模比特集成的问题。”中国科技大学量子创新院教授朱晓波介绍道。

与“祖冲之号”相比，“祖冲之二号”实现了66个数据比特、110个耦合比特、11路读取的高密度集成，最大态空间维度达到了1019。朱晓波介绍，“祖冲之二号”采用了“祖冲之号”所没有的可调耦合架构，“这些耦合比特就是人类得心应手的工具，从而能够更好控制数据比特”，因此在“祖冲之二号”上，科学家实现了比特间耦合强度的快速、精确可调，显著提高了并行量子门操作的保真度。

通过量子编程的方式，研究人员实现了对量子随机线路取样，演示了“祖冲之二号”可用于执行任意量子算法的编程能力。根据目前已公开的最优化经典算法，“祖冲之二号”处理量子随机线路取样问题的速度比目前最快的超级计算机快一千万倍，计算复杂度较谷歌“悬铃木”提高一百万倍。

朱晓波透露，目前研究团队已在进行更复杂的实验，以期不断刷新纪录，“五年之后，希望可以验证‘有纠错保护的量子比特’，最终走向通用容错的量子计算”。（据《文汇报》）